酒精浓度传感器信号调理电路设计及仿真报告

电子工艺实习I目录第一章绪论............................................................................................................................................-1-1.1设计背景..................................................................................................................................................-1-1.2设计目的..................................................................................................................................................-1-1.3设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）...................................................-1-1.4设计工作任务及工作量的要求................................................................................................................-2-第二章酒精浓度传感器的设计....................................................................................................................-3-2.1传感器的概述........................................................................................................................................-3-2.2传感器的选择..........................................................................................................................................-4-2.2.1MQ-3酒精浓度传感器的特点.................................................................................................................-4-2.2.2MQ-3工作原理简介.................................................................................................................................-5-2.3可靠性与抗干扰设计...............................................................................................................................-6-第三章酒精传感器信号调理电路的设计.....................................................................................................-7-3.1设计思路综述..........................................................................................................................................-7-3.2电压跟随器..............................................................................................................................................-7-3.3减法器......................................................................................................................................................-8-3.4比例放大电路..........................................................................................................................................-9-3.5器件选型表..............................................................................................................................................-9-3.6设计心得体会.........................................................................................................................................-10-第四章仿真与PCB设计..............................................................................................................................-11-4.1信号调理电路仿真..................................................................................................................................-11-4.2PCB图.....................................................................................................................................................-11-4.3PROTUES图3D效果图...........................................................................................................................-12-参考文献.........................................................................................................................................................-13-电子工艺实习-1-第一章绪论1.1设计背景近年来，随着我国经济的发展，人民的生活水平提高，越来越多的人有了自己的车，而酒后驾车造成的交通事故也越来越多，国家也出台了一系列的法律法规，试图通过法律的手段遏制这一现象的进一步发展。介于人们对于醉驾的逐渐重视，酒精测试课题便更加受人关注。酒驾引起的交通事故是由于司机饮酒过量造成酒精麻痹神经，使大脑反应迟钝，肢体不受控制的症状。酒后驾车发生事故的概率高达27%。随着摄入酒精量的增加，发生事故的几率也随之增加，当血液中酒精含量由0.5‰增至1‰，发生车祸的可能性便增加5倍，如果增至1.5‰，可能性再增加6倍。汽车司机“酒后驾车”以及“醉酒驾车”都极易引发交通事故,严重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮酒后,酒精被消化系统吸收后,通过血液循环,大概90%的酒精通过呼吸排除体外,因此测量车内的酒精含量,就可判断其醉酒程度。开车司机只要进入车内，仪器就能根据空气中的酒精含量显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，然后通过控制发动机的启动来避免事故的发生。这样就可以从根本上解决酒后驾车问题。1.2设计目的（1）了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）；（2）了解印刷电路板的设计和制作过程；（3）掌握电子元器件选型的基本原理和方法；（4）了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧；（5）掌握pH值传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。1.3设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）选用酒精浓度传感器进行气体中酒精浓度测量，要求测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：（1）设计信号调理将传感器输出0.2-1.4V的信号转换为0-5V直流电压信号；（2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；电子工艺实习-2-（3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；（4）电路的基本工作原理应有一定说明；（5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性（不限制EDA软件类型）；1.4设计工作任务及工作量的要求（1）画出系统电路硬件原理图和PCB电路板图（含PCB图效果图）（不限制EDA软件类型）；（2）给出详细的元件选型表；（3）电路工作的基本原理和实现方法；（4）电路的可靠性设计和抗干扰性设计说明；电子工艺实习-3-第二章酒精浓度传感器的设计2.1传感器的概述传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。气敏传感器可用来测量气体的类型、浓度和成分，能把气体中的特定成分检测出来，并将成分参量转换成电信号的器件或装置。气敏传感器主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。声波器件表面的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。气敏传感器将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。气敏传感器